Wymagania w odniesieniu do urządzeń, w których nie jest zastosowany system sterowania prądem

Siemens 6RY1703-0CA03 | SIMOREG DC-MASTER 6RA70 Płytka Zasilania Pola — C98043-A7014-L1, Dla prądów uzwojenia wzbudzenia od 30 do 100A, Produkt aktywny

Przegląd

Płytka Siemens 6RY1703-0CA03 to Płytka Zasilania Pola dla napędów SIMOREG DC-MASTER 6RA70 w zakresie prądu uzwojenia wzbudzenia od 30A do 100A — dedykowana płytka, która zarządza sterowanym zasilaniem DC uzwojenia pola silnika DC.

W systemie napędu silnika DC, uzwojenie pola i uzwojenie wzbudzenia są zasilane niezależnie: uzwojenie wzbudzenia (gdzie główna sekcja mocy napędu przekształca AC na sterowany DC) przenosi prąd obciążenia i generuje moment obrotowy, podczas gdy uzwojenie pola tworzy strumień magnetyczny silnika. 

Płytka zasilania pola kontroluje ten strumień magnetyczny, a przez niego, siłę przeciwelektrumotoryczną silnika, stałą momentu obrotowego i charakterystyki pracy w całym zakresie prędkości.

Zrozumienie, dlaczego płytka zasilania pola jest ważna, wymaga krótkiego spojrzenia na fizykę silników DC.

Napięcie uzwojenia wzbudzenia silnika DC szeregowego lub z niezależnym wzbudzeniem jest powiązane z jego prędkością i siłą pola poprzez równanie siły przeciwelektrumotorycznej: V_a ≈ K × φ × n, gdzie K jest stałą maszyny, φ jest strumieniem pola, a n jest prędkością obrotową. Przy prędkości bazowej (prędkość, przy której napięcie uzwojenia wzbudzenia osiąga wartość znamionową), pole ma pełną siłę, a silnik generuje pełny moment obrotowy przy prądzie znamionowym.

Powyżej prędkości bazowej pole jest stopniowo osłabiane — zmniejszając φ — co pozwala na zwiększenie prędkości przy stałym napięciu uzwojenia wzbudzenia. To osłabienie pola jest mechanizmem, który rozszerza zakres prędkości silnika DC powyżej prędkości bazowej, a płytka zasilania pola wykonuje je pod poleceniem płytki sterującej CUD1 napędu SIMOREG.

Dla napędów w zakresie prądu uzwojenia wzbudzenia 30–100A — co obejmuje silniki DC od około kilku kilowatów do około 45 kW w zależności od napięcia — płytka zasilania pola C98043-A7014-L1 zapewnia prostowany i regulowany prąd stały potrzebny uzwojeniu pola silnika.

Płytka otrzymuje zadany prąd pola od płytki mikroprocesorowej CUD1, porównuje rzeczywisty prąd pola (mierzony za pomocą bocznika lub przekładnika prądowego) z zadanym i reguluje kąt załączenia własnych tyrystorów, aby precyzyjnie utrzymać zadany prąd pola.

Kluczowe specyfikacje

Sterowanie polem silnika DC — Dlaczego jest ważne

Płytka zasilania pola zajmuje pozycję w 6RA70, która łatwo przeoczyć, gdy uwaga skupia się na głównej sekcji mocy uzwojenia wzbudzenia.

Ale sterowanie polem nie jest funkcją drugorzędną — jest to mechanizm, dzięki któremu napęd steruje prędkością silnika powyżej prędkości bazowej, orientacją pola silnika podczas odwracania kierunku i krytycznym trybem oszczędzania energii pola, który zmniejsza zużycie energii bez obciążenia podczas czuwania.

Osłabienie pola dla rozszerzonego zakresu prędkości: Gdy napięcie uzwojenia wzbudzenia zbliża się do swojego znamionowego maksimum, dalszy wzrost prędkości wymaga zmniejszenia prądu pola.

Pętla regulacji płytki zasilania pola wykonuje to zmniejszenie płynnie i ciągle, utrzymując stabilną pracę silnika w zakresie osłabienia pola. 

Nagłe lub źle wyregulowane osłabienie pola powoduje niestabilność prędkości i może prowadzić do skoków prądu uzwojenia wzbudzenia, które wyzwalają zabezpieczenie nadprądowe napędu.

Oszczędzanie energii pola: W okresach czuwania, gdy silnik jest zatrzymany lub pracuje przy minimalnym obciążeniu, CUD1 może polecić płytce zasilania pola zmniejszenie prądu pola do zaprogramowanego poziomu oszczędzania energii — zazwyczaj 30–50% prądu pola znamionowego.

Zmniejsza to zużycie energii bez obciążenia (rezystancja uzwojenia pola rozprasza moc czynną proporcjonalną do I²R) bez konieczności pełnego cyklu rozładowania i ponownego ustanowienia pola za każdym razem, gdy silnik wznawia pracę.

W przypadku dużych silników z ciężkimi uzwojeniami pola, ta funkcja zapewnia znaczące oszczędności energii w ciągu zmiany roboczej.

Monitorowanie odwracania pola: W napędach SIMOREG 4-kwadrantowych używanych do zastosowań odwracalnych, CUD1 monitoruje prąd pola podczas sekwencji odwracania silnika.

Płytka zasilania pola musi utrzymywać stabilny prąd pola podczas zmiany kierunku; niestabilność prądu pola podczas odwracania powoduje skoki prądu uzwojenia wzbudzenia i potencjalnie niestabilną komutację w systemie szczotka/komutator silnika DC.

6RY1703-0CA03 w architekturze płytek 6RA70

Architektura SIMOREG 6RA70 rozdziela funkcje napędu na wiele wyspecjalizowanych płytek: CUD1 (6RY1703-0AA00) obsługuje wszystkie sterowania cyfrowe, parametryzację i komunikację; Płytka Interfejsu Mocy (6RY1703-0DA01 lub -0DA02) zarządza załączaniem tyrystorów dla sekcji mocy uzwojenia wzbudzenia; a Płytka Zasilania Pola (ta jednostka) zapewnia dedykowane załączanie tyrystorów i sterowanie dla obwodu pola. Każda płytka jest dopasowana do prądu uzwojenia wzbudzenia napędu.

W zakresie prądu uzwojenia wzbudzenia 30–100A, płytka zasilania pola C98043-A7014-L1 obsługuje wszystkie jednostki.

Płytka towarzysząca 6RY1703-0CA01 (C98043-A7014-L2) przejmuje obsługę większych napędów 140–510A, a zupełnie inna rodzina płytek (6RY1703-0EA01 i 0EA03) obsługuje najwyższy zakres prądów (850–1680A).

Ten wybór płytek specyficznych dla prądu zapewnia, że tyrystory pola i elementy pomiaru prądu są odpowiednio dobrane do każdej klasy napędu.

Płytka zasilania pola łączy się z tylną ścianką elektroniki napędu i otrzymuje parametry pracy oraz zadany prąd pola od CUD1 przez magistralę wewnętrzną.

Sprzężenie zwrotne prądu pola z obwodu pola silnika wraca do płytki przez dedykowane wejścia pomiaru prądu pola, zamykając pętlę regulacji prądu pola na poziomie płytki bez obciążania zasobów przetwarzania CUD1.

Status produktu aktywnego — Długoterminowa dostępność

W przeciwieństwie do wielu płytek w katalogu części zamiennych SIMOREG 6RA70, które osiągnęły status PM900 (wycofane z produkcji) w miarę starzenia się platformy, 6RY1703-0CA03 utrzymuje klasyfikację PM300 (Produkt aktywny).

Siemens nadal produkuje i dostarcza tę płytkę jako standardową część zamienną, odzwierciedlając znaczną bazę zainstalowanych napędów 6RA70 w przemyśle ciężkim, które będą działać przez lata lub dekady po pierwotnej dacie uruchomienia maszyny.

Walcownie, maszyny papiernicze, wyciągarki kopalniane, duże wytłaczarki i systemy napędowe statków często mają okresy eksploatacji mierzone w dekadach, a wytrzymałość SIMOREG 6RA70 czyni go preferowanym napędem DC dla zastosowań, w których czas pracy i trwałość są głównymi kryteriami inżynieryjnymi.

Ciągła dostępność płytki zasilania pola — jednego z kluczowych elementów konserwacji w każdym systemie napędu DC — jest niezbędna dla całkowitego kosztu posiadania tych długoterminowych instalacji.

Często zadawane pytania

P1: Czy ta sama płytka zasilania pola 6RY1703-0CA03 może być używana we wszystkich napędach 6RA70 o prądzie uzwojenia wzbudzenia 30–100A, niezależnie od znamionowego napięcia uzwojenia wzbudzenia?

Tak. Oznaczenie płytki zasilania pola odnosi się do zakresu prądu uzwojenia wzbudzenia napędu 6RA70, w którym jest zainstalowana, a nie do samego prądu pola. Uzwojenia pola silników DC zazwyczaj pobierają ułamek pełnego prądu uzwojenia wzbudzenia silnika — prądy pola od 2 do 15A są powszechne dla silników w klasie prądu uzwojenia wzbudzenia 30–100A.

Płytka C98043-A7014-L1 obsługuje funkcję zasilania pola dla całego zakresu prądu uzwojenia wzbudzenia 30–100A, niezależnie od tego, czy napęd jest jednostką 400V, 460V czy 575V, ponieważ tyrystory zasilania pola pobierają wejście AC z tego samego zasilania co obwód uzwojenia wzbudzenia poprzez wewnętrzne połączenia napędu.

P2: Jakie są oznaki awarii płytki zasilania pola i jak awaria wpływa na działanie napędu?

Awaria płytki zasilania pola zazwyczaj objawia się jako jeden z kilku stanów awaryjnych.

Jeśli płytka straci zdolność regulacji prądu pola, CUD1 napędu wykryje nieprawidłowy prąd pola za pomocą zestawu parametrów i wygeneruje kody błędów związane z błędami obwodu pola. Objawy mogą obejmować odmowę uruchomienia napędu (ponieważ CUD1 sprawdza prąd pola przed włączeniem uzwojenia wzbudzenia), niestabilną prędkość silnika przy wyższych prędkościach w zakresie osłabienia pola (gdzie dokładność prądu pola jest najbardziej krytyczna) lub napęd pracujący z pełnym prądem pola i niezdolny do przekroczenia prędkości bazowej.

W niektórych trybach awarii bramka tyrystora pola zawodzi, a silnik traci całe wzbudzenie pola — co w pracującym silniku powoduje przyspieszenie uzwojenia wzbudzenia do prędkości niekontrolowanej (jeśli silnik napędza również obciążenie, które go napędza).

Funkcje monitorowania napędu wykrywają utratę wzbudzenia pola i wyzwalają wyjście uzwojenia wzbudzenia.

P3: 6RY1703-0CA03 jest wymieniony jako produkt aktywny. Czy posiada oryginalną gwarancję fabryczną Siemens przy zakupie przez autoryzowane kanały?

Tak. Produkty w statusie aktywnym zakupione przez autoryzowaną sieć dystrybucji Siemens posiadają standardowe warunki gwarancji producenta. Status PM300 potwierdza, że Siemens nadal produkuje i wspiera tę płytkę.

Przy zakupie z kanałów wtórnych lub rynku wtórnego — które dostarczają przetestowane i odnowione płytki z wycofanego sprzętu — gwarancja producenta nie ma zastosowania, ale renomowani dostawcy zapewniają własne pokrycie gwarancyjne.

W przypadku krytycznych zastosowań napędowych zaleca się zakup przez autoryzowane kanały lub udokumentowany program testowania w celu weryfikacji funkcjonalności płytki pola przed instalacją.

P4: Podczas wymiany płytki zasilania pola, czy konieczne jest przeprowadzenie pełnego ponownego uruchomienia napędu?

Zazwyczaj nie. Płytka zasilania pola nie przechowuje parametrów aplikacji napędu — są one przechowywane na CUD1 (płytce sterowania mikroprocesorowego). Wymiana płytki zasilania pola przy zachowaniu CUD1 zachowuje kompletny zestaw parametrów napędu.

Po wymianie wymagane jest sprawdzenie działania obwodu pola: potwierdzenie stabilności regulacji prądu pola przy zadanym punkcie nastawy w całym zakresie osłabienia pola i sprawdzenie, czy tryb oszczędzania energii pola działa poprawnie.

Wbudowane diagnostyki SIMOREG (dostępne przez panel operatora PMU lub oprogramowanie STARTER) pozwalają na monitorowanie prądu pola w czasie rzeczywistym w celu potwierdzenia prawidłowego działania płytki po instalacji.

P5: Jak płytka zasilania pola oddziałuje z obwodem odwracania uzwojenia wzbudzenia w napędzie SIMOREG 4-kwadrantowym?

W napędzie SIMOREG 4-kwadrantowym sekcja mocy uzwojenia wzbudzenia posiada dwa mostki tyrystorowe antyrównoległe, które umożliwiają prąd uzwojenia wzbudzenia zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu.

Podczas odwracania kierunku, CUD1 koordynuje obwody uzwojenia wzbudzenia i pola: prąd uzwojenia wzbudzenia jest rampowany do zera, obwód pola utrzymuje swój zadany poziom strumienia przez cały czas, a następnie prąd uzwojenia wzbudzenia jest ponownie ustanawiany w kierunku przeciwnym. 

Rola płytki zasilania pola polega na utrzymaniu stabilnego prądu pola podczas odwracania — jakiekolwiek zakłócenia prądu pola podczas odwracania mogą powodować problemy z komutacją w silniku DC (szczególnie w silnikach ze słabymi biegunami przejściowymi) i muszą być unikane.

Szerokość pasma pętli regulacji płytki zasilania pola jest ustawiana przez parametry regulatora pola CUD1, aby była zgodna z dynamicznymi wymaganiami regulatora uzwojenia wzbudzenia.